Проектирование радиотракта частоты

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Общая часть

1.1 Супергетеродинный приемник

1.2 Чувствительность приемника

1.3 Избирательность радиоприемника

1.4 Модуляция сигнала

1.5 Образование зеркального канала приема и необходимость его подавления

2. Специальная часть

2.1 Заданные параметры ВЧ тракта

2.2 Требования

2.3 Указания к решению

3. Конструкторская часть

3.1. Исходные данные

3.2 Первый способ решения

3.3 Второй способ решения

3.4 Анализ полученных результатов

Заключение

Список использованных источников

Введение

Теория РПУ формируется под действием, с одной стороны, общих разделов радиоэлектроники, с другой - прикладных отраслей, определяющих элементную базу приемных устройств и тесно связанных с технологией производства радиоэлектронной аппаратуры и современными средствами автоматизации проектирования и производства. На теорию РПУ влияют:

1. Разнородность задач, решаемых приемными устройствами. Можно перечислить следующие области применения радиосистем, а которых используются приемные устройства: радиосвязь, радиовещание, телевидение, наземные радиорелейные линии, спутниковые радиорелейные линии, космическая связь, радиолокация, радионавигация, радиоуправление, радиотелеметрия, радиометеорология и др.

2. Увеличение функциональной сложности современных приемных устройств, интеграция ряда функций смежных устройств. Помимо традиционных задач усиления, избирательности и преобразования по частоте сигнала в РПУ производятся поиск и обнаружение сигнала, демодуляция, синхронизация по несущей, поднесущей и тактовой частотам, слежение за задержкой, оптимальное выделение сигнала из смеси с шумом или другими мешающими сигналами, адаптация к неизвестному сигналу, управление активной антенной решеткой и т.п. В состав современных РПУ, в том числе и вещательных, входят синтезаторы, устройства цифрового управления и отображения информации, микропроцессоры.

3. Широкое использование в РПУ больших интегральных микросхем (БИС), являющихся сложными (крупноблочными) функционально законченными изделиями с заранее заданными параметрами.

4. Разнородность элементной базы.

5. Использование технологии микроэлектроники при производстве части узлов приемных устройств.

6. Непрерывное обновление элементной базы. Уровень интеграции изделий микроэлектроники в среднем за год возрастает вдвое. Средний срок «жизни» ИС не превышает 10 лет.

7. Внедрение цифровой обработки сигнала.

8. Существенное углубление и систематизация теоретических знаний практически по всем направлениям радиотехники.

9. Многовариантность задачи проектирования (существует, как правило, несколько внешне равноценных способов реализации сформулированных в техническом задании условий).

10. Повышение роли производства вычислительных методов при проектировании приборов, механизация и автоматизация процессов проектирования и производства.

1. Общая часть

1.1 Супергетеродинный приемник

Супергетеродинный радиоприёмник (супергетеродин) - один из типов радиоприёмников, основанный на принципе преобразования принимаемого сигнала в сигнал фиксированной промежуточной частоты (ПЧ) с последующим её усилением. Основное преимущество супергетеродина перед радиоприемником прямого усиления в том, что наиболее критичные для качества приема части приемного тракта (узкополосный фильтр, усилитель ПЧ и демодулятор) не должны перестраиваться под разные частоты, что позволяет выполнить их со значительно лучшими характеристиками.

Рис. 1 Структурная схема супергетеродинного приемника.

Упрощенная структурная схема супергетеродина с однократным преобразованием частоты показана на рисунке (рис.1). Радиосигнал из антенны подается на вход усилителя высокой частоты (в упрощенном варианте он может и отсутствовать), а затем на вход смесителя - специального элемента с двумя входами и одним выходом, осуществляющего операцию преобразования сигнала по частоте. На второй вход смесителя подается сигнал с локального маломощного генератора высокой частоты - гетеродина. Колебательный контур гетеродина перестраивается одновременно с входным контуром смесителя (и контурами усилителя ВЧ) - обычно конденсатором переменной емкости (КПЕ), реже катушкой переменной индуктивности (вариометром, ферровариометром). Таким образом, на выходе смесителя образуются сигналы с частотой, равной сумме и разности частот гетеродина и принимаемой радиостанции. Разностный сигнал постоянной промежуточной частоты (ПЧ) выделяется с помощью полосового фильтра и усиливается в усилителе ПЧ, после чего поступает на демодулятор, восстанавливающий сигнал низкой (звуковой) частоты.

В современных приемниках в качестве гетеродина используется цифровой синтезатор частот с кварцевой стабилизацией.

Преимущества:

· Высокая чувствительность

· Высокая избирательность

· Возможность принимать сигналы с модуляцией любого вида, в том числе с амплитудной манипуляцией (радиотелеграф) и однополосной модуляцией.

Недостаток:

· Наиболее значительным недостатком является наличие так называемого зеркального канала приёма - второй входной частоты, дающей такую же разность с частотой гетеродина, что и рабочая частота.

1.2 Чувствительность радиоприемника

Чувствительность радиоприемника, способность радиоприёмника принимать слабые по интенсивности радиосигналы и количественный критерий этой способности. Последний во многих случаях определяется как минимальный уровень радиосигнала в приёмной антенне, при котором содержащаяся в радиосигнале полезная информация ещё может быть воспроизведена с требуемым качеством (с достаточными громкостью звучания, контрастностью изображения и т.п.). В простейших радиоприёмниках чувствительность зависит главным образом от степени усиления сигналов в них: с увеличением коэффициента усиления нормальное воспроизведение информации достигается при более слабом радиосигнале (чувствительность радиоприемника считается при этом более высокой). Однако в сложных радиоприёмных устройствах (например, связных) такой путь повышения чувствительности радиоприемника теряет смысл, поскольку в них интенсивность полезных радиосигналов может оказаться сравнимой с интенсивностью действующих на антенну одновременно с этими сигналами внешних помех радиоприёму, искажающих принимаемую информацию. Предельная чувствительность радиоприемника в этом случае называется чувствительностью, ограниченной помехами; она является параметром не только приёмника, но зависит и от внешних факторов. При наиболее благоприятных условиях (главным образом при приёме в диапазоне метровых и более коротких волн и особенно при космической радиосвязи) внешние помехи слабы и основным фактором, ограничивающим чувствительность радиоприёмника, становятся внутренние флуктуационные шумы радиоприёмника. Последние в нормальных условиях работы радиоприёмника имеют постоянный уровень, поэтому чувствительность радиоприёмника, ограниченная внутренними шумами, - вполне определённый параметр; за меру чувствительности радиоприемника в этом случае часто принимают непосредственно уровень внутренних шумов, характеризуемый коэффициентом шума или шумовой температурой.

1.3 Избирательность приемника

Этот параметр показывает, насколько хорошо приемник может отделить сигнал требуемой частоты от сигналов других частот. Измеряется в децибелах (дБ) относительно соседнего частотного канала либо зеркального канала (в гетеродинных приемниках).

Дело в том, что в эфире постоянно летят тысячи всевозможных электромагнитных колебаний: от радиостанций, телевизионных передатчиков, наших любимых «мобильных друзей», и т.д. и т.п. Различаются они лишь по мощности да по частоте. Правда, по мощности им отличаться не обязательно - это не есть критерий выбора. Настройка на любую радиостанцию, будь то телеканал « MTV » или база вашего домашнего радиотелефона, происходит именно по частоте. При этом, на приемнике лежит ответственность: выбрать из тысяч частот - ту одну, единственную и неповторимую, которую мы хотим принять. Если на близких частотах нет никаких признаков разумной жизни - хорошо. А если где-нибудь через пол мегагерца от нашей радиостанции, находится сигнал другой радиостанции? Это есть не очень хорошо. Вот тут то и понадобится хорошая избирательность приемника.

Избирательность приемника зависит, в основном, от добротности колебательных контуров.

1.4 Модуляция сигнала

Амплитудная модуляция. В радиовещании в длинно - и средневолновом диапазонах радиоволн широко используется амплитудная модуляция сигнала. На вход модулятора подаются опорный и передаваемый (модулирующий) сигналы, а на выходе получаем смодулированный сигнал, положительная огибающая которого и есть исходный сигнал. Для корректного преобразования необходимо, чтобы несущая частота должна была быть, по крайней мере, в два раза выше, чем верхняя граница полосы модулирующего сигнала. Например, если мы смодулируем несущую частоту в 40 Гц гармоническим сигналом 4 Гц, то получим сигнал, спектр которого состоит из трех гармоник. Таким образом спектр модулированного сигнала симметричен, и для рационального использования передающего оборудования одну из боковых полос спектра передаваемого сигнала подавляют. При использовании разных частот опорного сигнала можно одновременно передавать несколько независимых сигналов, только необходимо соблюсти условие непересечения полос смодулированных сигналов. Данный способ модуляции довольно прост в реализации, но зато менее устойчив к помехам, нежели другие методы, рассматриваемые ниже. Помехонеустойчивость объясняется относительно узкой полосой модулированного сигнала (всего в два раза шире, чем у исходного). Тем не менее, это обстоятельство позволяет использовать амплитудную модуляцию в низко- и среднечастотных диапазонах электромагнитного спектра.

Частотная модуляция. При частотной модуляции модулирующий сигнал модулирует не мощность опорного сигнала, а его частоту. То есть, если уровень сигнала увеличивается, то частота растет, и наоборот.

Из-за этого спектр частотно-модулированного сигнала значительно шире исходного сигнала. Соответственно, частотная модуляция обладает высокой помехоустойчивостью, но для ее применения необходимо занимать высокочастотные диапазоны вещания.

Фазовая модуляция. При фазовой модуляции модулирующий сигнал модулирует фазу опорного сигнала. При модулировании цифровым (дискретным) сигналом получается сигнал с очень широким спектром, так как фаза резко поворачивается (двоичный сигнал -- на 180 градусов). Поэтому фазовую модуляцию с успехом применяют для обеспечения помехозащищенной цифровой связи в микроволновых диапазонах.

1.5 Образование зеркального канала приема и необходимость его подавления

В отличие от транзисторных смесителей, для которых наиболее существенен лишь эффект прямого преобразования частоты, в диодных смесителях наблюдается так же эффект обратного преобразования. Действительно, напряжение промежуточной частоты wпч=wн-wг, появившиеся на выходе смесителя в результате взаимодействия напряжений сигнала и гетеродина, снова взаимодействует с напряжением гетеродина, что приводит к образованию на входе смесителя напряжения с частотой сигнала wн = wпч+wг. Таким образом, эффект обратного преобразования обусловлен наличием сильной обратной связи в диодном смесителе, так как он канализирует энергию в обоих направлениях, т.е. представляет собой взаимное устройство. Кроме того, в диодных смесителях существует эффект вторичного обратного преобразования частоты. При действии на выходе смесителя напряжения промежуточной частоты возможно появление на входе смесителя так называемой зеркальной частоты wз=wг-wпч (названной так из-за “зеркального” расположения по отношению к частоте сигнала относительно частоты гетеродина). Возникновение колебаний зеркальной частоты возможно также в случае взаимодействия между напряжением сигнала и второй гармоникой гетеродина так как wз=2wг-wн. Обычно смеситель согласован со входом УПЧ, поэтому вся мощность на частоте wпч передается в УПЧ. Колебание зеркальной частоты, образовавшееся в процессе преобразования частоты сигнала, может распространяться во входные цепи приемника. Поэтому если на входе смесителя поместить соответствующие фильтры, то колебания зеркальной частоты будет отражаться обратно в смеситель для преобразования в колебания промежуточной частоты wпч=wг-wз. Если образованный таким образом ток промежуточной частоты находится в фазе с током основной промежуточной частоты wпч=wс-wг, то получается дополнительная выходная мощность, т.е. увеличивается коэффициент передачи преобразователя. При сложении токов в противофазе могут, напротив, возникнуть дополнительные потери. Таким образом, взаимодействие между колебаниями сигнальной и зеркальной частоты оказывает существенное влияние на параметры диодного преобразователя частоты и работу приемника.

Самые неприятные искажения сигнала на выходе возникают при наличии сильной помехи с промежуточной или зеркальной частотами на входе смесителя. Сигналы с такими частотами складываются в смесителе с полезным сигналом, и могут полностью нарушить работу приемника. Поэтому во всех супергетеродинных приемниках принимаются меры для подавления паразитных каналов приема.

2. Специальная часть

2.1 Заданы параметры ВЧ тракта

· шумовая температура антенны - TА;

· сопротивление антенны - RА;

· потери в кабеле - LКАБ;

· потери во входном устройстве - LВУ;

· коэффициент передачи мощности УРЧ - KP УРЧ;

· коэффициент шума УРЧ - KР УРЧ;

· коэффициент передачи мощности ПрЧ - KP ПРЧ;

· коэффициент шума ПрЧ - KШ ПРЧ;

· потери в ФСИ - LФ;

· полоса пропускания ФСИ по уровню 3 дБ - Д FФ;

· коэффициент шума УПЧ - KШ УПЧ;

· требуемое отношение сигнал-шум на входе детектора - q0.

2.2 Требования

· определить:

· шумовую температуру приемника;

· коэффициент шума приемника;

· чувствительность приемника в единицах мощности (Вт и дБм);

· чувствительность приемника в единицах напряжения (микровольтах);

· дать оценку структуры с точки зрения необходимости и возможности снижения шумов и улучшения чувствительности; предложить способы повышения чувствительности приемника, подтвердив их соответствующими расчетами.

2.3 Указания к решению

Одним из способов задания чувствительности, как способности приемника принимать слабые сигналы, является задание значения PА0 - мощности сигнала на согласованном с RА входе приемника (RА = RВX), при котором обеспечивается заданное отношение сигнал-шум на входе детектора q0. При линейном ВЧ тракте q0 определяет превышение мощности сигнала PА0над мощностью шумов приемной установки:

PА0= q0·PШ? где [2. Стр. 24]

PШ?=PШ А+PШ ПР,

PШ А- мощность наведенных и собственных шумов антенны,

PШ ПР - мощность собственных шумов всех блоков приемника, пересчитанных к антенному входу, как показано на рис. 2.

Рис.2

Все узлы приемной установки генерируют случайные флуктуации, называемые шумами. Причины их возникновения разнообразны. Активные сопротивления генерируют тепловой шум с нулевым средним значением мгновенного напряжения. Средний квадрат напряжения теплового шума в радиодиапазоне рассчитывают по формуле Найквиста

=4 k T R Дf где [3. Стр. 13]

k=1,38 ·10 -23Дж/К - постоянная Больцмана,

T - температура, при которой находится шумящее сопротивление, в градусах Кельвина,

Дf - полоса частот, Гц; предполагается, что в полосе Дf спектральная плотность шума постоянна.

При решении задачи будем полагать, что на стыках всех блоков обеспечено согласование, т. е. сопротивление генератора равно сопротивлению нагрузки. При этих условиях мощность шума, отдаваемая в нагрузку,

P Ш = = k T Дf(1), [2. Стр. 25]

Спектральная плотность мощности шума

GШ = = k T (4) (2), [1. Стр. 31]

Генерируемый шум имеет равномерную по оси частот спектральную плотность, однако на выход приемника компоненты спектра, имеющие разные частоты, проходят с разными коэффициентами передачи. В результате спектральная плотность шума на выходе ВЧ тракта приемника имеет вид, повторяющий квадрат его резонансной характеристики (рис. 3).



Рис.3

Полная мощность шума на выходе приемника определяется площадью подынтегральной кривой. Для удобства расчетов сложную характеристику рис. 3 заменяют прямоугольной с той же площадью. Полосу пропускания равновеликой прямоугольной характеристики называют эффективной шумовой полосой

(3), [1. Стр. 23]

где Д(f) - нормированная резонансная характеристика ВЧ тракта.

Очевидно, что для прямоугольной резонансной характеристики ДF Эф= Д F.

Характеристика избирательности анализируемого приемника такова, что ФСИ на выходе преобразователя частоты определяет значение ДF Эф. Так как характеристика избирательности этого фильтра близка к прямоугольной, при расчетах можно принять

ДF Эф?ДF Ф (4), [1. Cтр. 23]

На практике для описания шумовых свойств приемника и его узлов широко используют коэффициент шума и шумовую температуру. Эти параметры характеризуют любой линейный шумящий четырехполюсник.

Коэффициент шума (K Ш) определяют как отношение полной мощности шума в нагрузке четырехполюсника к мощности шума в нагрузке при нешумящем четырехполюснике, т. е. той доле шумовой мощности, которая создается шумящим "по Найквисту" активным сопротивлением генератора (R Г), находящимся при нормальной (комнатной) температуре T 0

(5), [3.Стр. 16]

Так как четырехполюсник является линейным, шумовые мощности можно пересчитать к его входу. С учетом (1) и (3) перепишем (5) как

(6), [3, Cтр. 16]

P Ш ЧП, входящая в выражения (5) и (6), образуется различными источниками шума, в том числе и шумящими не "по Найквисту". Несмотря на это для характеристики шумовых свойств четырехполюсника используют понятие шумовой температуры четырехполюсника (T ЧП), которую определяют, приравнивая реальную шумовую мощность P Ш ЧП к мощности теплового шума активного сопротивления, находящегося при температуре T ЧП:

P Ш ЧП = k T ЧПДF ЭФ (7), [2. Cтр. 26]

Отсюда следует, что

(8), [4. Cтр. 43]

Обратите внимание, что T ЧП - есть условная величина, не равная той температуре, при которой находится четырехполюсник.
Подставив (7) в (6), получим еще одно выражение для коэффициента шума любого шумящего четырехполюсника

(9), [3. Cтр. 14]

где T ЧП и T 0 выражают в градусах по шкале Кельвина. Значение T 0 принимают равным 293 K (20 0 C). Для упрощения расчетов допустимо принять T 0 =300 K.

Из выражения (9) можно получить T ЧП, если известен K Ш:

TЧП=( КШ-1 ) ·T 0 (10), [4. Cтр. 42]

Коэффициент шума идеального нешумящего четырехполюсника равен единице. У реального устройства всегда K Ш> 1. Во многих случаях значение K Ш задают в децибелах (дБ)

приемник канал сигнал супергетеродинный

KШ (дБ) = 10 lg KШ (раз) (11), [3. Cтр. 16]

Наиболее распространенные высокочастотные транзисторы имеют KШ = 3 - 10 дБ. Современные технологии, однако, позволяют обеспечить значения KШ<1 дБ.

В приемной антенне наводятся флуктуационные напряжения из окружающего пространства. Основными источниками внешних по отношению к приемнику шумов являются космические и атмосферные шумы. Их интенсивность существенно зависит от диапазона частот, а в случае остронаправленных антенн, и от ориентации антенны. Мощность наведенного в антенне шума существенно отличается от мощности теплового шума сопротивления антенны. P ША также характеризуют шумовой температурой, аналогичной T ЧП:

(12) [4. Стр. 43]

Значения T А могут составлять от 20 - 30 K (на частотах выше 1 ГГц при углах возвышения остронаправленных антенн более10 0 ) до 5000 -10000 K (в диапазоне коротких волн).

Приемное устройство состоит из отдельных узлов - каскадно соединенных четырехполюсников (см. рис. 1). При известных значениях T i (K Ш i) и коэффициентах передачи мощности (K Pi ) каждого из блоков можно рассчитать общую шумовую температуру и общий коэффициент шума приемника по следующим выражениям:

(13), [3. Cтр. 19]

(14), [3. Стр. 19]

Коэффициент шума пассивного четырехполюсника (кабеля, входного устройства, фильтра) однозначно определяется его затуханием

(15), [3. Cтр. 18]

Из выражений (13) - (15) следуют важные выводы:

· Значения TОБЩ и KШ_ОБЩ каскадного соединения четырехполюсников зависят в первую очередь от шумов первых каскадов.

· На входе желательно иметь каскад с минимально возможной шумовой температурой (коэффициентом шума) и максимальным коэффициентом передачи.

· Вклад шумов последующих каскадов тем меньше, чем выше коэффициент передачи предшествующего тракта.

· Наличие на входе устройств с потерями приводит к резкому возрастанию шумов, в первую очередь, из-за увеличения вклада шумов последующего тракта.

В соответствии с рис. 1 первым каскадом является кабель, вторым - ВУ, третьим - УРЧ, четвертым - ПрЧ, пятым - ФСИ, шестым - УПЧ.
Обратите внимание, что подставляемые в выражения (13) - (15) величины должны быть предварительно переведены из децибел в разы.

Приведенных сведений достаточно для определения при заданных параметрах ВЧ тракта шумовой температуры (T ПР ) и коэффициента шума (K Ш ПР ) приемника. Далее следует найти значения P Ш А, P Ш ПР и P Ш? , после чего рассчитать чувствительность приемника по мощности, выразив ее в абсолютных единицах мощности:

PA0 (Вт) = q0PШ?

и относительных единицах (децибелах относительно 1 мВт):

Затем следует рассчитать чувствительность по задающему напряжению в антенне:

В заключение следует дать оценку приемника с точки зрения необходимости и возможности снижения шумов. Для этого, во-первых, следует сравнить рассчитанное значение T ПР с шумовой температурой антенны. Если TПР< (0.3 - 0.6) T А , то снижение шумов приемника бесполезно. В противном случае необходимо рассмотреть возможность уменьшения T ПР . Для этого следует сравнить значение T ПР с шумовой температурой УРЧ T УРЧ (либо KШ ПР и KШ УРЧ). Если T ПР превышает T УРЧ не более чем на 30 - 50%, то снизить шумы приемника можно только уменьшив T УРЧ, например использовав в УРЧ малошумящие активные приборы.

Если же T ПР> 1.5 T УРЧ , то следует проанализировать вклад каждого из слагаемых выражений (13), (14). Основные рекомендации по снижению шумов в этом случае следующие.

1. Если увеличение шумов приемника по сравнению с шумами УРЧ обусловлено высокими потерями в кабеле, то следует переместить ВУ и УРЧ непосредственно к антенне, а кабель включить между УРЧ и ПрЧ. Так поступают в приемниках спутниковой связи и вещания.

2. Если высок удельный вес шумов ПрЧ, то следует увеличить коэффициент передачи УРЧ до K P УРЧ = 20 - 25 дБ. Однако при значительном увеличении КУРЧ снижается устойчивость УРЧ и ухудшается многосигнальная избирательность приемника.

3. Если высок удельный вес шумов УПЧ, то следует увеличить коэффициент передачи ПрЧ или (и) УРЧ. Например, использовать вместо ПрЧ с потерями (диодный ПрЧ с KP ПРЧ< 0 дБ) транзисторный ПрЧ с KP ПРЧ = 5 - 8 дБ. Также может быть рекомендовано увеличение KP УРЧ.

3. Конструкторская часть

3.1 Исходные данные

Задана структурная схема супергетеродинного приемника с параметрами узлов:

Антенна: TA = K, RА = Ом

Кабель: LКАБ = дБ

ВУ: LВУ = дБ

УРЧ: KP УРЧ = дБ; KШ УРЧ = дБ

ПрЧ: KP ПРЧ = дБ; KШ ПРЧ = дБ

ФСИ: LФ = дБ; FФ = кГц

УПЧ: KШ УПЧ = дБ

Требуемое отношение С/Ш: q0 = дБ

1. Переводим исходные данные, заданные в децибелах, в разы с помощью известного соотношения

2. Определяем, согласно (15), значения коэффициентов передачи и коэффициентов шума пассивных узлов (кабеля, ВУ, ФСИ):

KP КАБ = 1 / LКАБ =

KP ВУ = 1 / LВУ = KP Ф = 1 / LФ =

КШ КАБ = LКАБ =

КВУ = LВУ =

КШФ = LФ =

Далее задача может быть решена различными способами.

3.2 Первый способ решения

3. Вычисляем, согласно (10), значения шумовой температуры каждого каскада приемника

TКАБ = (KШ КАБ - 1) T0 =

TВУ = (KШ ВУ - 1) T0 =

TУРЧ = (KШ УРЧ - 1) T0 =

TПРЧ = (KШ ПРЧ - 1) T0 =

TФ = (KШ Ф - 1) T0 =

TУПЧ = (KШ УПЧ - 1) T0 =

4. Основываясь на (13), рассчитываем шумовую температуру приемника в целом. При этом обязательно фиксируем удельный вклад каждого каскада (16)

Выделенные значения характеризуют вклад каждого каскада в общую шумовую температуру приемника. Они понадобятся на этапе анализа возможности снижения шумов.

5. Находим, используя (9), коэффициент шума приемника

КШ ПР = 1 + =

6. Определяем суммарную шумовую температуру приемника и приемной антенны

T? = T А + TПР =

7. Вычисляем суммарную шумовую мощность на входе приемника, полагая, что DFЭФ » DFФ = 10 кГц,

PШ ? = k• T?•FЭФ =

8. Рассчитываем искомое значение чувствительности приемника

PА0 = q0 ·PШ ? =

АО (дМб) =

UАО = =

3.3 Второй способ решения

После определения TПР или KШ ПР по первому способу можно рассчитать мощность шума приемника как

PШ ПР = k (KШ ПР -1) T0 ?ДFФ=

или

PШ ПР= k •TПР ?ДFЭ Ф=

Далее рассчитываем мощность шума в антенне

PШ А = k •TА?ДFЭ Ф=

суммарную мощность шума

PШ = PШ А + PШ ПР =

и чувствительность приемника

PА0 = q0•PШ ? =

3.4 Анализ полученных результатов

1. Сравнение значений шумовой температуры анализируемого приемника (TПР = K) и антенны (TA = K) позволяет утверждать, что TПР>>TA. Следовательно, при уменьшении TПР возможно значительное улучшение чувствительности приемной установки. Таким образом, снижение шумов приемника целесообразно.

2. Сравнение значений шумовой температуры приемника (TПР = K) и УРЧ (TУРЧ = K) показывает принципиальную возможность снижения шумов, так как минимальным предельным значением TПР является ТУРЧ. Из анализа выражения (16) видно, что основной вклад в TПР вносят шумы УПЧ. Снизить их уровень можно двумя путями.

Во-первых, можно рекомендовать использовать УПЧ с меньшим уровнем собственных шумов. Например, если применить УПЧ с KШ УПЧ = дБ (в анализируемой структуре KШ УПЧ = дБ), то шумовая температура будет определяться следующими слагаемыми (алогично (13))

Следовательно, TПР уменьшится почти в 2 раза и доля шумов УПЧ будет малой.

Во-вторых, уменьшить вклад шумов УПЧ можно, применив ПрЧ или/и УРЧ с большими значениями коэффициента усиления. Пусть по-прежнему KШ УПЧ = дБ. Применим, однако, УРЧ с KP УРЧ = дБ, а ПрЧ с KP ПРЧ = дБ. В этом случае

Видно, что использование УРЧ с высоким коэффициентом усиления снизило не только вклад шумов УПЧ, но также и ПрЧ.

3. Другим фактором, определяющим высокий уровень шумов, являются потери в кабеле на входе приемника. Если передвинуть ВУ и УРЧ непосредственно к антенне, а кабель подключить к выходу УРЧ, то структура приемника примет следующий вид (значения KP УРЧ и KP ПРЧ соответствуют предыдущему случаю):

ВУ: LВУ = дБ (KP ВУ = ; KШ ВУ = ; TВУ = K)

УРЧ: KP УРЧ = дБ (KP УРЧ = )

KШ УРЧ = дБ (KШ УРЧ = ; TУРЧ = K)

Кабель: LКАБ = дБ (KP КАБ = ; KШ КАБ = ; TКАБ = K);

ПрЧ: KP ПРЧ = дБ (KP ПРЧ = )

KШ ПРЧ = дБ (KШ ПРЧ = ; TПРЧ = K);

ФСИ: LФ = дБ (KP Ф = ; KШ Ф = ; TФ = K);

УПЧ: KШ УПЧ = (KШ УПЧ = ; TУПЧ = K).

Рассчитаем шумовую температуру при таком построении приемника

TПР=ТВУ+

Таким образом, подключение ВУ и УРЧ непосредственно к антенне позволяет существенно снизить шумы приемника.

Дальнейшее уменьшение шумов возможно при снижении потерь в ВУ либо при использовании УРЧ с меньшим уровнем собственных шумов. Однако, с учетом того, что TА = K, это не даст заметного улучшения чувствительности.

Заключение

В результате выполнения курсовой работы получены данные по шумовой температуре приемника, найден коэффициент шума и получены данные по чувствительности в единицах мощности и в единицах напряжения. Была дана оценка структуре с точки зрения необходимости и возможности снижения шумов и улучшения чувствительности; предложены способы повышения чувствительности, все это подтверждено соответствующими расчетами. Поставленная задача решена в полном объеме, однако для практического производства устройства данных недостаточно. Необходимая информация может быть получена в результате дополнительных исследований, необходимость которых в техническом задании данного курсового проекта не указывается.

Использованная литература

1. Радиоприемные устройства: Учебник для вузов / Под ред. Н.Н.Фомина.-М.: Радио и связь, переиздание 2005.

2. Буга Н.Н. и др. Радиоприемные устройства: Учебник для вузов. - М.: Радио и связь, переиздание 2006.

3. Палашков В.В. Радиоприемные устройства. - М.: Радио и связь, переиздание 2005.

4. М.А.Кузнецов, Р.С.Сенина. Радиоприемники АМ, ОМ, ЧМ сигналов: Пособие по проектированию. Изд. 2-е / СПбГУТ. - СПб, переиздание 2005.

5. Макаров О.В., Олендский В.А. Палшков В.В. Руководство по курсовому проектированию радиоприемников / СПбГУТ. - СПб, переиздание 2005.

6. Методические указания к лабораторным работам по курсу Радиоприемные устройства / А.Э.Двинина и др.; СПбГУТ. - СПб, переиздание 2005.

7. Алексеев Ю.П. Бытовая радиоприемная и звуковоспроизводящая аппаратура: спр-к. - М.: радио и связь, переиздание 2005.

8. «Радиоприемные устройства» Методические рекомендации по изучению дисциплины. Указания к решению контрольной работы - М.А.Кузнецов, Р.С.Сенина.

Размещено на Allbest.ru